Un equipo de profesionales de la carrera de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María fabricó la “moving table”, una estructura capaz de sostener ocho toneladas de peso y que fue instalada en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), con el propósito de ser el soporte del detector de protones.

Rafael Mena, líder del proyecto y profesor de la USM, fue encomendado con el desafío de diseñar, construir y posteriormente instalar la estructura en los laboratorios de la organización, ubicada en la frontera entre Francia y Suiza.

Según Mena “lo primero antes de la construcción fue entender el uso que tendría, las condiciones del entorno, presión, altura, temperatura, entre otros, además de conocer al cliente (CERN) y sus barreras tecnológicas, físicas y culturales.

Finalmente, nos dimos cuenta que esas barreras no existían pese a la gran cantidad de personas de distintos países que trabajan”.

El líder del proyecto reunió a un equipo de estudiantes con quien comenzó el trabajo que se concretó en un par de meses utilizando como materia prima el acero. De igual manera, se cumplió el principal requerimiento que era sostener sobre sí misma otra estructura de un peso de ocho toneladas, la cual debía moverse con precisión milimétrica y de manera remota.

Características

En cuanto a las características de la "moving table", Mena explicó que fue construida en la región, con dimensiones de 5 por 2,6 metros, y transportada a Europa en barco. Dicho proceso demoró cerca de 6 meses, siendo uno de los pasos más desafiantes. Una vez superado este obstáculo, Mena y su equipo viajaron al CERN para realizar las pruebas de seguridad.

“Fue gratificante poder validar y homologar la “moving table”, llevando a la USM, a nuestros alumnos y conocimientos hasta lo más alto de la ciencia mundial”, indicó.

Por otro lado, el ingeniero contó que uno de los desafíos es seguir fabricando piezas y estructuras para que ingenieros e investigadores de la casa de estudios sean parte del laboratorio del CERN que, en 2012, descubrió el Bosón de Higgs, la partícula de Dios.

La Universidad Técnica Federico Santa María fabricará en nuestro país detectores para el Solenoide Compacto de Muones, uno de los cuatro experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Nuestro país alcanzó un importante hito con la incorporación de la Universidad Técnica Federico Santa María, a través de su Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal), a uno de los experimentos de física de partículas más importantes del mundo. Se trata del Solenoide Compacto de Muones (CMS, por su sigla en inglés), uno de los cuatro experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN), situado en Suiza, cerca de la frontera con Francia.

El CMS es un detector de partículas que produce un intenso campo magnético y que detecta, especialmente, muones con alta precisión. Dentro de sus objetivos se encuentran expandir los conocimientos sobre la estructura fundamental de la materia y las fuerzas que rigen el universo.

“Trataremos de fabricar en Chile detectores para el CMS, una tecnología altamente precisa y con un costo cercano al medio millón de dólares. Mi deseo es construir cerca del 10% de los detectores con jóvenes científicos e ingenieros chilenos”, señala el Dr. William Brooks, académico del Departamento de Física de la USM y líder de la nueva colaboración con el CERN.

Este experimento tiene grandes implicancias teóricas y prácticas, y contribuye al entendimiento general de la física y del mundo que nos rodea. Además, el conocimiento y las tecnologías desarrolladas en el CMS pueden tener aplicaciones en campos como la medicina, la energía y la informática, entre otras.

Tecnología nacional

La USM ha jugado un rol relevante en investigación y desarrollo para el LHC, específicamente para el experimento ATLAS. Fue precisamente el resultado exitoso en este proyecto, que tuvo una duración de 8 años, el que permitió la integración de la casa de estudios como miembro del CMS.

El Dr. William Brooks, también director del CCTVal, encabezará el grupo nacional de especialistas, compuesto por los físicos Esteban Molina, Claudio San Martín y Valentina Vega, además del Dr. Cristian Peña, exalumno de la USM que se desempeña como investigador en Fermilab y es integrante de CMS desde hace más de 10 años. Ellos trabajarán en la colaboración donde, actualmente, participan más de 5 mil personas provenientes de 251 instituciones de 59 países del mundo.

El mayor desafío, según el experto, está en alcanzar la precisión de la tecnología utilizada por el CMS. Cada uno de los dispositivos que componen los detectores deben ser instalados sin usar directamente las manos, por lo que se requieren equipos similares a pequeñas grúas que tienen un valor aproximado de 250 millones de pesos.

“Ya construimos detectores sTGC para el CERN, que en este momento están funcionando. La diferencia está en la tecnología, que es más compleja, pero aun así podemos hacerlo”, comenta el investigador.

Fermilab

Otra de las ventajas de trabajar en el CMS, indica el Dr. Brooks, es la integración de la USM al Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), ubicado en Illinois, Estados Unidos, y que es el “laboratorio más avanzado en física de partículas en ese país y el segundo más importante del mundo después del CERN”.

El Fermilab, fundado en 1967 y donde participan más de 50 países, realiza experimentos en aceleradores de partículas altamente avanzados que buscan responder a preguntas fundamentales respecto a la física y al universo.

La colaboración científica, que permitirá ampliar las capacidades nacionales en investigación y desarrollo de alta tecnología, contará con la participación de la U. Santa María y el CCTVal.

Un gran hito para el país se alcanzó con la incorporación de la Universidad Técnica Federico Santa María y el Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal) a uno de los experimentos de física de partículas más importantes del mundo: el Solenoide Compacto de Muones (CMS, por su sigla en inglés), que corresponde a uno de los cuatro experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).

CMS es un detector de partículas fundamentales, que recibe su nombre del solenoide que contiene y produce su intenso campo magnético – el más potente construido hasta hoy –. Diseñado para detectar, especialmente, muones con alta precisión, dentro de sus objetivos científicos se encuentran el estudio del origen de la masa de las partículas y la exploración de física más allá del Modelo Estándar, buscando respuestas a preguntas fundamentales de la composición de la materia y la comprensión del universo. De hecho, fue gracias a CMS y a ATLAS (otro experimento multipropósito del LHC), que, en julio de 2012, se logró observar por primera vez el bosón de Higgs.

Desarrollo de tecnología nacional

Hasta ahora, nuestro país ha cumplido un rol relevante en investigación y desarrollo para el LHC, específicamente para el experimento ATLAS, para el cual el CCTVal, la USM y la PUC, fabricaron 33 módulos detectores de muones sTGC, cumpliendo así el acuerdo entre el Estado de Chile y el CERN en el marco de las últimas renovaciones y mejoras de sus instalaciones.

Fue precisamente el resultado exitoso de este proyecto – que tuvo una duración de 8 años – el que permitió la integración de la USM y el CCTVal como miembros de CMS, sumado a las gestiones realizadas por el Dr. William Brooks, investigador del CCTVal, académico del departamento de física de la casa de estudios y ahora líder de la nueva colaboración con CERN.

Para el científico, que encabezará el grupo nacional de especialistas que trabajarán en la colaboración, esta incorporación representa un gran logro, no solo porque se trata de un experimento de nivel mundial – actualmente son 251 instituciones, 59 países participantes y más de 5 mil personas –, sino sobre todo porque Chile cuenta con las capacidades suficientes para generar tecnología de vanguardia en el marco de la alianza.

“Hay algo que me gustaría hacer y que, en inglés, llamamos un stretch goal. Esto es, una meta que exige un esfuerzo mayor, con dificultad y alto riesgo. Se trata de fabricar en Chile, en el CCTVal, detectores para CMS, una tecnología altamente precisa y cara, con un costo cercano a medio millón de dólares por cada dispositivo. Mi deseo es construir cerca del 10% de los detectores de este experimento con jóvenes científicos e ingenieros chilenos”, señaló el Dr. William Brooks.

El desafío mayor, según comenta el experto, está en alcanzar la precisión de la tecnología utilizada por CMS: cada uno de los dispositivos que componen los detectores deben ser instalados sin usar directamente las manos, por lo que se requieren equipos similares a pequeñas grúas, cada una con un valor aproximado de 250 millones de pesos. A ello, deben sumarse los recursos necesarios para capacitar a científicos en su uso.

Aun así, el investigador se mantiene con esperanza: “Ya construimos detectores sTGC para CERN, que en este momento están funcionando. La diferencia está en la tecnología, que es más compleja, pero aun así podemos hacerlo”, comenta.

La colaboración con CMS implicará, además, un incremento en la producción científica del país, adicionando cerca de 100 artículos de investigación al año en revistas indexadas. Sin embargo, aunque esto es algo positivo, el académico señala que no es la meta: “Esto es bueno, pero es nuestro mínimo. Debemos apuntar al desarrollo de tecnología de nivel mundial, porque en Chile somos capaces de desarrollarla”, indica.

Conexión con Fermilab

Otra de las ventajas – la más notable, según el Dr. Brooks – es la nueva colaboración con CMS, que posee es su integración el trabajo con el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), ubicado en Illinois, Estados Unidos, y perteneciente al Departamento de Energía de ese país. A su juicio, esto significa conectar la ciencia nacional “al laboratorio más avanzado en física de partículas en ese país y el segundo más importante del mundo después de CERN”.

Fermilab, fundado en 1967, realiza experimentos en aceleradores de partículas altamente avanzados para responder preguntas fundamentales respecto al universo y los componentes elementales de la materia, colaborando en la actualidad con más de 50 países. Y tal como señala el Dr. Brooks, se ha perfilado como la principal institución en este campo en EE. UU. y una de las más relevantes a nivel global.

“No se trata de competidores sino de colaboradores, porque sus trabajos están muy integrados. Para dimensionar cuánto, puedes acceder y ejecutar datos de CMS desde Fermilab. Es decir, desde una sala de control en Chicago puedes cambiar cosas en Europa”, indica el investigador. A ello, agrega que el mayor beneficio es la “conexión cercana con este laboratorio junto a toda la ingeniería, los datos y la tecnología de CMS. Es como dos por el precio de uno, y tener un acceso como ese es increíble. Es un beneficio para nuestros investigadores, ingenieros, estudiantes, futuros postdoctorados, etc.”.

Próximos pasos

La colaboración con CMS ha iniciado oficialmente con la incorporación del Dr. Brooks, quien ya cuenta con acceso a datos de los experimentos y pruebas. Sin embargo, el trabajo propiamente tal requerirá más tiempo, según comenta, pues se necesita un involucramiento mayor en las diferentes etapas investigativas. Para ello, contará con la colaboración de otro chileno y ex alumno de la USM, el Dr. Cristián Peña, quien es miembro de CMS hace más de diez años y que, actualmente, se desempeña como investigador de Fermilab y del CCTVal. De igual manera, se trabajará con un grupo altamente calificado de físicos e ingenieros del Centro Científico Tecnológico de Valparaíso compuesto por René Ríos, Esteban Molina, Claudio San Martín y Valentina Vega (ex alumna de la Universidad de Concepción).

Junto con ello, el Dr. Brooks comenta que ha postulado a fondos adicionales para implementar la colaboración, lo que permitiría capacitar gente en Estados Unidos y adquirir el equipamiento necesario para alcanzar la meta principal: seguir desarrollando en Chile tecnología de primer nivel para los experimentos más grandes del mundo.